RDMAFunktionalitäten

RDMAFunktionalitäten (Remote Direct Memory Access) ermöglichen es einem Rechner, Speicherbereiche auf einem entfernten System direkt zu lesen oder zu schreiben, ohne dass der Zielprozessor in den Datenpfad eingreift. Dadurch sinken Latenzen und die CPU-Last wird reduziert.

Technisch beruhen RDMA-Funktionen auf Verbs-APIs (IB Verbs, RDMA-Core). Zentrale Bausteine sind Queue Pairs (QP) und Completion Queues (CQ). Speicher muss registriert werden (Memory Region, MR) und erhält Schutzschlüssel (lkey, rkey). Arbeitsanfragen (Work Requests) umfassen RDMA_WRITE, RDMA_READ, SEND/RECV sowie atomare Operationen. Optional stehen Shared Receive Queues (SRQ) zur Verfügung und Verbindungen können zuverlässig (RC) oder unzuverlässig (UC) sein.

RDMA transportiert über InfiniBand, RoCE (RDMA over Converged Ethernet) und iWARP. InfiniBand bietet eigenständiges Fabric, RoCE nutzt Ethernet mit Lossless-Mechanismen, und iWARP läuft über TCP/IP. RDMA unterstützt one-sided-Operationen (READ/WRITE) und zwei-seitige Kommunikation, ergänzt durch atomare Befehle zur Synchronisation.

Anwendungsfelder umfassen Hochleistungsrechnen, Rechenzentrums-Storage-Netzwerke und NVMe-over-Fabrics, wo Remote Zugriff auf Speichergeräte beschleunigt wird. Dadurch lassen sich Datenpfade verkürzen und Anwendungen skalieren.

Vorteile sind geringe CPU-Last, direkter Speicherzugriff, Zero-Copy-Datenpfad, geringer Overhead und hohe Durchsatzraten. Anforderungen: kompatible RNICs, Treiber-Stacks (libibverbs, RDMA-Core) und eine entsprechend konfigurierte Netzwerkinfrastruktur (QoS, RoCE-VLANs, Priority Flow Control). Sicherheitsaspekte: RDMA nutzt Protection Domains und Speicher-Keys zur Zugriffskontrolle; Netzwerktrafic sollte entsprechend isoliert sein.

Praxisnah kommen RDMA-Funktionalitäten vor allem in HPC-Clustern, Rechenzentren und NVMe-over-Fabrics-Umgebungen zum Einsatz, um Latenz und CPU-Overheads signifikant zu reduzieren.